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ELSA Accélérateur d’électrons forte charge

ELSA Accélérateur d’électrons forte charge et faible émittance A. Binet, P. Balleyguier, A. Bloquet, D. Deslandes,V. Le Flanchec, P. Guimbal, G. Vallart et JL. Flament, A. Godefroy, H. Leboutet, M. Millérioux J. Treuffet, S. Brygoo CEA, Bruyères le Châtel, France.

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ELSA Accélérateur d’électrons forte charge

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  1. ELSA Accélérateur d’électrons forte charge et faible émittanceA. Binet,P. Balleyguier, A. Bloquet, D. Deslandes,V. Le Flanchec, P. Guimbal, G. Vallart et JL. Flament, A. Godefroy, H. Leboutet, M. Millérioux J. Treuffet, S. Brygoo CEA, Bruyères le Châtel, France

  2. Rappel sur l’origine d’ELSA ELSA = Etuded'unLaSerAccordable • 1988 - 93 : conception mise en œuvre d’un Laser à Electrons Libres Validation des choix technologiques et de la physique  source LEL IR accordable entre 9 et 35 µm • depuis 1995 : source de faisceaux d’électrons et de photons pour l’étude de la physique des faisceaux et un grand nombre d’applications •  2000 - 03 : conception de nouvelles lignes dans une nouvelle aire ………………expérimentale

  3. ELSA: un photoinjecteur et un accélérateur linéaire de 19 MeV Les composants essentiels sont: • Un laser très paramétrable • Un photoinjecteur très basse fréquence (144 MHz) ..alimenté par une tétrode de 2.5 MW (TH526) • Un accélérateur linéaire à basse fréquence (433 MHz) capable ..d’accélérer des pulses de forte charge (env. 15 nC) • Un klystron conçu pour fournir des macroimpulsions de 100 à 150 µs ..(TH2118, 6 MW crête, 200 kW moyen) • Un demi-tour assurant une compression magnétique (50 ps/%E) …. courant crête env. 300 A

  4. Schéma d’ELSA Casemate de 5 m x 12 m : installation compacte 1/2 tour = injection dans la cavité LEL et compression magnétique

  5. Le photoinjecteur d’ELSA

  6. Bâti photocathode et photoinjecteur

  7. Structure temporelle

  8. Schéma du laser pilote d’ELSA

  9. Développement d’un nouveau laser pour ELSA • Pompage longitudinal par diode laser d’un cristal Nd:YAG ou Nd:YVO4 • Verrouillage de mode par SESAM (SEmi-conductor Saturable Absorber Mirror) Fibre Nouvelle tête laser : petit cristal Nd:YAG cristal (4 x 4 x 6 mm3) pompé longitudinalement par une diode laser fibrée, refroidi par conduction (pas d’eau = moins de vibration) Miroir arrière de la cavité Buts : Dispositif imageant la sortie de fibre dans le Nd:YAG • Stabilité et fiabilité • impulsions plus brèves (<10 ps), ajustables par Fabry-Perot intra-cavité

  10. a.u. a.u. Contrôle spatial du profil transverse du laser • Meilleur contrôle de l’éclairement de la photocathode • Meilleure utilisation de la puissance laser • Contrôle du profil du faisceau d’électrons pour optimiser l’émittance entrée: faisceau gaussien Sortie: faisceau plat obtenu par mis en forme du front d’onde • Forme asphérique  l’excès d’énergie au centre du faisceau est réparti sur les bords

  11. Plan général de l’installation ELSA

  12. Nouvelles lignes pour de nouvelles applications 1 2 C C : Compresseur magnétique 1 : Production d’X durs 2 : Ligne bas bruit ou très forte intensité

  13. Compresseur magnétique double-alpha Vue de côté: Le compresseur est dans un plan vertical Dipôles alpha 800 mm • But • Compression temporelle (R56= 3 ns) • Translation verticale de l’axe du faisceau de 800 mm • Conservation d’une bonne émittance • DipôleAlpha • Gradient de champ constant • pour z > 0, Bz= Gx, Bx=Gz et By=0 • pour z < 0, B = 0 • Achromatique, si incidence = 40,71° • Trajectoires homothétiques en 1/2

  14. Dipôle Alpha Acier doux (XC06), Shunt d’entrée À 10 et 17 MeV : trajectoires dans un gradient de champ constant (1T/m) emplacement de la bobine inférieure bâton dans la gueule du “croco” (Acier amagnétique 316L) entrefer réglable bobine profil hyperbolique Simulation Poisson 2D annulation de l’intégrale de champ en sortie (entrefer réglable)

  15. Contrôle de la position du faisceau Sensibilité : 0,5 mA Précision : 100 µm Dynamique : 80 dB

  16. Extraction de fortes charges Simulation de l’extraction de forte charge sur le photoinjecteur d’ELSA avec MAFIA

  17. Mesures de l’émittance • Mesures de l’émittance transverse par la technique des 3 gradients • Mesure du profil sur écran à Rayonnement de Transition Optique • Acquisition de l’image avec une caméra CCD intensifiée (utilisation de la dynamique) • Traitements: soustraction du fond, moyennage, correction de l’effet de la charge d’espace A basse charge, l’émittance rms normalisée mesurée (1 µm) est proche de l’émittance thermique, estimée entre 0,5 et 1 µm pour un rayon de photocathode de 2 mm

  18. Un photoinjecteur de 3,7 MeV Principe: appliquer un bouclage réactif sur l’ampli à tétrode Intérêt: - augmenter l’énergie du faisceau - augmenter la charge extractible - amélioration de l’émittance

  19. Conclusion ELSA est plus qu’un LEL. ELSA est utilisé pour la caractérisation et la calibration des détecteurs montés sur les grandes installations de la DAM (AIRIX, LIL et laser MEGAJOULE) Les développements autour du photoinjecteur doivent permettre des études, sur la physique des faisceaux, de grande qualité.

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